JP2011505064A - Electronic device fabrication process - Google Patents
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Abstract
本発明は、支持層(1)上に、以下の連続した層、すなわち、電子ガスを含むように構成された層(2、3)と、障壁層(4)と、表面層(7a)と、をエピタキシャル成長させるステップと、表面層(7a)の少なくとも一部へのエッチングステップとを含む、III族/N材料で作られた電子デバイスおよびその作製方法に関する。エッチングステップ後、エッチングされた表面層(7a)上に被覆層(7b)を成長させるために、エピタキシャル再成長が実行される。表面層(7a)の材料および被覆層(7b)の材料は、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含む。
【選択図】 図3DThe present invention comprises the following continuous layers on the support layer (1): a layer (2, 3) configured to contain an electron gas, a barrier layer (4), a surface layer (7a), , And an etching method for at least a part of the surface layer (7a), and an electronic device made of a Group III / N material and a method for manufacturing the same. After the etching step, epitaxial regrowth is performed to grow a cover layer (7b) on the etched surface layer (7a). The material of the surface layer (7a) and the material of the covering layer (7b) contain at least one group III element and nitrogen.
[Selection] Figure 3D
Description
本発明は、例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT)または絶縁ゲート半導体(MIS)などの整流器または電界効果トランジスタのようなIII族/N材料系の電子デバイスに関する。III族/N材料は、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含む材料である。 The present invention relates to group III / N material based electronic devices such as rectifiers or field effect transistors such as, for example, high electron mobility transistors (HEMT) or insulated gate semiconductors (MIS). A Group III / N material is a material that includes at least one Group III element and nitrogen.
電子デバイスの作製に際し、エッチングプロセスが使用されることが多い。 Etching processes are often used in the production of electronic devices.
図1Cは、既知のタイプの電子デバイスの模式図である。この電子デバイスは、典型的に、基部から表面に向かって、基板層1と、緩衝層2と、チャネル層3と、障壁層4と、表層7と、オーム接触電極5と、ショットキー接触電極8と、パッシベーション層9とを備える。HEMTトランジスタまたは整流器の場合、ショットキー接触8は、表層7に直接接触させて作られるのに対し、MISトランジスタの場合、ショットキー接触8は、パッシベーション層9上に堆積される。
FIG. 1C is a schematic diagram of a known type of electronic device. The electronic device typically includes a
基板層1の必須の機能は、デバイスの剛性を確保することである。
The essential function of the
基板層1は、緩衝層2と、電子ガスを含むように構成された層とで被覆される。これらの2つの層は、別個のものであってもよく、その場合、電子ガスを含むように構成された層は、一般に、「チャネル層」3と呼ばれる。しかしながら、これらの2つの層を組み合わせることも可能であり、障壁層4との界面に形成されたヘテロ接合により、緩衝層2は、電子ガスを流すことが可能である。この場合、チャネルは、緩衝層と別個の層に属することなく、障壁層に形成されたヘテロ接合によって緩衝層の上部に規定される。
The
緩衝層2は、良好な結晶品質と、緩衝層を覆う他の層のエピタキシャル成長に適切な特性を示す。したがって、これにより、基板層1と緩衝層上に形成された層との間に結晶遷移が確保される。緩衝層2は、例えば、GaNのようなIII族/N元素の二元、三元、または四元合金から構成される。
The
また、緩衝層が電子ガスを含むように構成されれば、緩衝層は、電子ガスを形成し流すことができるようにするために、障壁層のものよりも小さなバンドギャップを有する材料で作られなければならない。 Also, if the buffer layer is configured to contain an electron gas, the buffer layer is made of a material having a smaller band gap than that of the barrier layer so that the electron gas can be formed and flowed. There must be.
緩衝層2とは別個のチャネル層3が存在する場合、チャネル層は、障壁層のものより小さなバンドギャップを有するGaN、BGaN、InGaN、AlGaN、または別の合金のような二元、三元、または四元合金であってもよいIII族/N元素から作られる。
If there is a
障壁層4の役割は、自由電子を構造に供給することであり、すなわち、障壁層4は、ドナー層と呼ばれる。障壁層4は、III族/N元素の二元、三元、または四元合金から構成された材料を含む。
The role of the
電子ガスを含むように構成された層のバンドギャップが、障壁層のものより常に小さいならば、障壁層および電子ガスを含むように構成された層の材料の選択は自由である。 If the band gap of the layer configured to contain the electron gas is always smaller than that of the barrier layer, the choice of the material of the barrier layer and the layer configured to contain the electron gas is free.
オーム接触電極5により、キャリアを注入または収集することができる。トランジスタの場合、2つのオーム接触電極があり、すなわち、ソースは、キャリアを構造に注入する電極であり、一方、ドレインは、キャリアを収集する電極である。整流器の場合、オーム接触電極は1つのみである。オーム接触電極5は、一般に、良好なオーム接触を確保するために、障壁層4の上面又は厚み内に堆積された金属層の表層から構成される。
The
障壁層4は、一般に、オーム接触電極の位置を除き、表層7で被覆されてもよい。表層7は、構造の劣化を回避し、表層上に堆積されたショットキー接触電極8との良好なショットキー接触の確保に寄与する。
The
最後に、例えば、ZnO、Si3N4、またはMgOから構成されたパッシベーション層9が、デバイスを封入するように塗布される。パッシベーションは、一般に、半導体の表面を保護する。 Finally, a passivation layer 9 made of, for example, ZnO, Si 3 N 4 or MgO is applied so as to encapsulate the device. Passivation generally protects the surface of the semiconductor.
このようなデバイスの作製において、多くの場合、図1Aに表す初期構造から始まる様々なエッチングステップが利用される。初期構造は、基板層1上に、緩衝層2、チャネル層3、障壁層4、および表層7が連続して成長された構造を有する。
In making such devices, various etching steps are often utilized starting with the initial structure depicted in FIG. 1A. The initial structure has a structure in which a
図1Bを参照すると、同じウェハ内に作製されたデバイスを分離するために、2つのデバイス間に分離トレンチ10を形成するように、分離エッチングが実行され得る。このようなエッチングの深さは、分離緩衝層に到達するように、障壁層およびチャネル層を通過するものである。
Referring to FIG. 1B, an isolation etch can be performed to form an
また、障壁層4に直接接触するオーム接触電極5、または障壁層4の厚み内にあるオーム接触電極5を堆積するように、オーム接触電極下にトレンチ11を形成するために、障壁層4まで表層7をエッチングすることが通例である。
In addition, in order to form the
また、ショットキー接触電極8の下において、トレンチ12がエッチング可能であることも知られている。「ゲートリセス」として知られるこのようなトレンチは、表層7に形状効果をもたらすことで、表層7の厚みを局所的に低減させることによって高電子ガス密度を維持しやすくなる。リセス12においてショットキー接触電極8およびチャネル層3が近付くほど、ショットキー接触電極による電子制御が良好になる。
It is also known that the
ショットキー接触電極8の下にあるゲートリセス12は、表層7だけでなく、障壁層4の一部にも形成されてもよい。ゲートリセス12の深さがこのように深くなることで、チャネル層3との近接性が増すため、電子制御がさらに高まる。しかしながら、障壁層4は、チャネル層3の自由電子の貯蔵部を構成するため、十分な電子ガス密度を保つために十分な厚みのものでなければならない。したがって、一方には、ショットキー接触電極8をチャネル層3に近付けることで得られる機能向上と、もう一方には、障壁層4のエッチングよって引き起こされる電子ガス密度の低下との間で妥協点を決める必要がある。実際、障壁層4の厚みは、2nmより厚いものでなければならないと考えられる。
The gate recess 12 under the
しかしながら、上述したエッチングプロセスでは、エッチング後の表面の状態が、エッチング前の材料の表面の状態に比べて劣化したものになりがちである。特に、デバイスに分離トレンチを形成するために日常的に使用されているRIE(反応性イオンエッチング)は、浸食性が強く、表面にダメージを与える。エッチング前、層の表面は、原子ステップのもつれと、材料の結晶から現れる転位に結び付いたへこみによって規定される。この形態がエッチングにより破壊されることで、電子トラップとして作用する表面に局所化された電子状態を含む表面欠陥および「表面状態」が形成されることがあり、転位の周囲で優先的にエッチングが起こり得る。 However, in the etching process described above, the surface state after etching tends to be deteriorated as compared to the surface state of the material before etching. In particular, RIE (reactive ion etching) that is routinely used to form isolation trenches in devices is highly erodible and damages the surface. Prior to etching, the surface of the layer is defined by entanglements associated with entanglement of atomic steps and dislocations emerging from the crystal of the material. When this form is destroyed by etching, surface defects and “surface states” including localized electronic states may be formed on the surface acting as electron traps, and etching is preferentially performed around dislocations. Can happen.
この結果、特に、結晶欠陥および電子トラップの密度が上がり、表層7とパッシベーション層9との間の界面に漏れ電流が生じ、デバイス性能の低下を招いてしまう。
As a result, in particular, the density of crystal defects and electron traps increases, and a leakage current is generated at the interface between the
したがって、エッチングによる表面のダメージは、電子デバイスを作製する際に浮上する問題である。 Therefore, surface damage due to etching is a problem that emerges when an electronic device is manufactured.
以上のことから、本発明の目的の1つは、エッチング動作によって性能が劣化しないデバイスを得ることによって、これらすべての欠点を解消する方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、エッチングに伴う漏れ電流が制御され、あるレベルより低く維持される電子デバイスを作製することである。 In view of the above, one of the objects of the present invention is to provide a method that eliminates all these drawbacks by obtaining a device whose performance is not degraded by the etching operation. A further object of the present invention is to create an electronic device in which the leakage current associated with etching is controlled and maintained below a certain level.
本発明により、支持層上に、以下の連続した層、
電子ガスを含むように構成された層と、
障壁層と、
表面層と、
をエピタキシャル成長させるステップと、表面層の少なくとも一部へのエッチングステップとを含む、III族/N材料で作られた電子デバイスを作製するプロセスであって、エッチングステップ後、エッチングされた表面層上に被覆層を成長させるために、エピタキシャル再成長が実行され、表面層の材料および被覆層の材料が、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含むことを特徴とするプロセスが提供される。
According to the present invention, the following continuous layers on the support layer:
A layer configured to contain an electron gas;
A barrier layer;
A surface layer;
Epitaxially growing and etching to at least a portion of the surface layer, the process of making an electronic device made of a Group III / N material, after the etching step, on the etched surface layer In order to grow the cover layer, epitaxial regrowth is performed, and a process is provided wherein the surface layer material and the cover layer material comprise at least one Group III element and nitrogen.
表面層の少なくとも一部をエッチングするということは、表面層の厚みの一部および/または表面層の表面の一部をエッチングすることを意味する。「エッチングされた表面層上に被覆層を成長するために、エピタキシャル再成長が実行される」という表現は、被覆層が、エッチングステップの完了時に得られた構造の全表面を被覆することを意味し、すなわち、表面層が、層の厚みの一部しかエッチングされなければ、被覆層は、表面層の全表面を被覆し、表面層が、下地層を露出させて1つ以上のトレンチが形成されるように層の全厚みにわたって局所的にエッチングされれば、被覆層は、残留する領域の表面層だけを被覆するのではなく、トレンチに露出された下地層も被覆する。 Etching at least part of the surface layer means etching part of the thickness of the surface layer and / or part of the surface of the surface layer. The expression “epitaxial regrowth is performed to grow a coating layer on the etched surface layer” means that the coating layer covers the entire surface of the resulting structure at the completion of the etching step. That is, if the surface layer is etched only a part of the thickness of the layer, the covering layer covers the entire surface layer, and the surface layer exposes the underlying layer to form one or more trenches. If etched locally over the entire thickness of the layer, the covering layer covers not only the surface layer of the remaining area, but also the underlying layer exposed in the trench.
特定の実施形態において、障壁層の厚みの一部にわたってエッチングが実行される。 In certain embodiments, etching is performed over a portion of the thickness of the barrier layer.
エピタキシャル再成長中に、被覆層が成長されドープされ得る。 During epitaxial regrowth, the overlayer can be grown and doped.
好ましい方法において、表面層のエッチングが、ショットキー接触電極下にトレンチを形成するように、ショットキー接触電極に対して意図した位置で実行される。 In a preferred method, etching of the surface layer is performed at the intended location relative to the Schottky contact electrode so as to form a trench under the Schottky contact electrode.
被覆層の形成後、プロセスは、以下のステップ、すなわち、上記トレンチにショットキー接触電極を形成するステップと、パッシベーション層を形成するステップと、を含むことが好適である。 After formation of the cover layer, the process preferably includes the following steps: forming a Schottky contact electrode in the trench and forming a passivation layer.
実施形態の変形例において、被覆層の形成後、少なくとも1つのオーム接触電極の予定された位置で、障壁層上または障壁層の厚み内にオーム接触電極を形成するように、被覆層および表面層の厚みと同じかそれ以上の深さのトレンチがエッチングされる。 In a variation of the embodiment, the coating layer and the surface layer so as to form an ohmic contact electrode on the barrier layer or within the thickness of the barrier layer at a predetermined location of the at least one ohmic contact electrode after formation of the coating layer. A trench having a depth equal to or greater than the thickness of is etched.
本発明のさらなる主題は、電子デバイスの基部から表面に向かって連続的に、基板層と、電子ガスを含むように構成された層と、障壁層と、少なくとも1つのトレンチを含む、障壁層の表面の少なくとも一部にわたった表面層と、を備える、III族/N材料で作られた電子デバイスであって、表面層および1つまたは複数の上記トレンチが、幅が2nmより大きなプラトーによって分離された原子ステップを示す表面を有する被覆層によって被覆され、表面層の材料および被覆層の材料が、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含むことを特徴とする、電子デバイスに関する。 A further subject matter of the present invention is a barrier layer comprising a substrate layer, a layer configured to contain an electron gas, a barrier layer, and at least one trench, continuously from the base of the electronic device to the surface. An electronic device made of a Group III / N material comprising a surface layer over at least a portion of the surface, wherein the surface layer and one or more of the trenches are separated by a plateau greater than 2 nm in width The invention relates to an electronic device, characterized in that it is covered by a covering layer having a surface exhibiting atomic steps, the surface layer material and the covering layer material comprising at least one group III element and nitrogen.
電子デバイスは、障壁層上または障壁層の厚み内に配置されたオーム接触電極を含むことが好適である。 The electronic device preferably includes an ohmic contact electrode disposed on the barrier layer or within the thickness of the barrier layer.
また、電子デバイスは、表面層の厚み以上である深さのトレンチにある被覆層上に配置されたショットキー接触電極を含んでもよい。 The electronic device may also include a Schottky contact electrode disposed on the covering layer in the trench having a depth greater than or equal to the thickness of the surface layer.
好ましい実施形態において、表面層はドープされず、被覆層はドープされる。 In a preferred embodiment, the surface layer is undoped and the cover layer is doped.
以下、添付の図面を参照することにより、本発明がより理解され、いくつかの実施形態および実施例の他の利益および特徴が以下の記載から明らかになるであろう。 The invention will be better understood and other advantages and features of some embodiments and examples will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
漏れ電流
先行技術の電子デバイスにおいて、表層7とパッシベーション層9との間の界面に、漏れ電流が生じる。これらの電流は、電子デバイスの性能低下の一因となる。
Leakage Current In the prior art electronic device, a leakage current occurs at the interface between the
このように、HEMTトランジスタの場合、例えば、−1Vのゲート―ソース電位で、10−9〜10−8A/mmの逆方向の漏れ電流が観察された(これに関しては、T.Kikkawa、Fujitsu、Compound Semiconductor、July 2006、Vol.12、No.6、pages 23−25の文献を参照されたい)。 Thus, in the case of a HEMT transistor, for example, a reverse leakage current of 10 −9 to 10 −8 A / mm was observed at a gate-source potential of −1 V (in this regard, T. Kikkawa, Fujitsu , Compound Semiconductor, July 2006, Vol. 12, No. 6, pages 23-25).
図2は、AlGaN障壁層およびGaN緩衝層上にGaNの表層を備える、分子線エピタキシー(MBE)によって作製されたHEMTトランジスタの表面の写真である。この写真において、表層の表面に、原子ステップMのもつれおよび転位によるへこみDがあることが観察された。ステップMの高さは、およそ0.25nmである。 FIG. 2 is a photograph of the surface of a HEMT transistor fabricated by molecular beam epitaxy (MBE) with a GaN surface layer on an AlGaN barrier layer and a GaN buffer layer. In this photograph, it was observed that the surface layer had dents D due to entanglement of atomic steps M and dislocations. The height of step M is approximately 0.25 nm.
漏れ電流の原因として、いくつかの現象が挙げられる。 There are several phenomena as causes of the leakage current.
表層とパッシベーション層との間の界面状態。例えば、GaAs系のトランジスタの場合、GaAsから形成された自然酸化物Ga2O3が不安定であり、界面にトラップの形成を引き起こすことが知られている。 Interface state between the surface layer and the passivation layer. For example, in the case of a GaAs-based transistor, it is known that a native oxide Ga 2 O 3 formed from GaAs is unstable and causes trap formation at the interface.
表層の半導体材料の結晶から生じる欠陥。例えば、GaNは、典型的に、厚さ方向の転位が1cm2当たり107〜109である。これにより、応力が局所的に変化する表面にへこみが生じる。表面形態と応力との複合効果で、パッシベーション層との界面状態に影響を及ぼし得る。例えば、界面での電位が変わると、捕獲電子の流れや存在が変化する。 Defects arising from crystals of semiconductor material on the surface layer. For example, GaN typically has 10 7 to 10 9 dislocations per cm 2 in the thickness direction. This creates a dent on the surface where the stress varies locally. The combined effect of surface morphology and stress can affect the interface state with the passivation layer. For example, when the potential at the interface changes, the flow and presence of trapped electrons change.
浸食性がある程度強く、表面にダメージを及ぼし得るエッチング(特に、RIE)プロセス。図2を参照しながら示すように、表面の初期形態が破壊されると、表面状態の形成が生じ、転位周辺に優先的にエッチングが起こり、新しい現象を発生させ得る。 Etching (especially RIE) process that is somewhat erosive and can damage the surface. As shown in FIG. 2, when the initial shape of the surface is destroyed, the formation of a surface state occurs, and etching preferentially occurs around the dislocations, and a new phenomenon can occur.
発明の記載
最初に、本発明による電子デバイスの初期構造を、基部から表面に向かって記載する。
DESCRIPTION OF THE INVENTION First, the initial structure of an electronic device according to the present invention will be described from the base to the surface.
図3Aを参照すると、このデバイスの初期構造は、基板層1と、任意の緩衝層2と、チャネル層3と、障壁層4と、表面層7aとを備える。
Referring to FIG. 3A, the initial structure of this device comprises a
基板層1は、例えば、シリコン、SiC、GaN、またはAlNで作られてもよい。
The
緩衝層2は、窒素と、周期表のIII族の少なくとも1つの元素とを含む材料、例えば、GaN、AlGaNまたはAlN、BGaNまたはInGaNから形成される。
The
チャネル層3は、窒素と、周期表のIII族の少なくとも1つの元素とを含む材料から形成される。しかしながら、この材料が緩衝層のものと同一であれば、電子ガスを収集するために、この材料のバンドギャップが障壁層のものより小さい材料を選択しなければならない。材料が緩衝層のものと異なれば、この材料のバンドギャップが、緩衝層の材料のものより小さくなる必要がある。チャネル層は、GaNまたはInGaNから形成されることが好ましい。
The
障壁層4は、窒素と、周期表のIII族からの少なくとも1つの元素とを含み、バンドギャップがチャネル層材料のものより大きくなるように選択された材料から形成される。
The
また、表面層7aも、窒素と、周期表のIII族からの少なくとも1つの元素とを含む材料から形成される。表面層7aは、GaN、AlGaN、またはInGaNで作られることが好ましく、バンドギャップが障壁層材料のものより小さくなるように選択されなければならない。障壁層4は、例えば、III族の元素の50〜70%のアルミニウム含有量を有するAlGaNでできているものであってもよく、表面層7aは、アルミニウム含有量が20%のAlGaNでできているものであってもよい。AlGaNの障壁層4のアルミニウム含有量が、およそ20%であれば、表面層7aのアルミニウム含有量は、5%以下であることが好ましい。表面層7aの厚みは、1〜10nmの範囲のものである。
The
層の成長は、エピタキシープロセス(例えば、MBE(分子線エピタキシー))によって行われる。エピタキシーとは、結晶格子の対称性がある一定数共通した元素を有する2つの結晶を、互いに対して方向付けて成長させるための技術であることに留意されたい。分子線エピタキシーの他にも、様々なエピタキシー技術があり、例えば、有機金属化学気相堆積(MOCVD)、低圧化学気相堆積(LPCVD)、またはハイドライド気相エピタキシー(HVPE)がある。 The layer is grown by an epitaxy process (for example, MBE (molecular beam epitaxy)). It should be noted that epitaxy is a technique for growing two crystals having a certain number of common elements with symmetry of the crystal lattice, oriented in relation to each other. In addition to molecular beam epitaxy, there are various epitaxy techniques such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or hydride vapor phase epitaxy (HVPE).
図3Bを参照すると、図3Aに示す初期構造に、例えば、ショットキー接触電極の下にトレンチ12を形成するために、または分離トレンチ10を形成するために、表面層7aの少なくとも1つのエッチングが実行される。このことから、表面層7aは、その厚みのすべてまたは一部をエッチングされる。
Referring to FIG. 3B, in the initial structure shown in FIG. 3A, at least one etching of the
本発明は、一般に、エピタキシャル表面層7a上にエッチング動作を行った後、1つまたは複数のエッチングされたトレンチを被覆しながら、エッチングされた表面層7a上に被覆層7bを形成するためのエピタキシャル再成長を含む。
The present invention generally provides an epitaxial for forming a
エピタキシャル再成長は、第2のエピタキシーステップが、第1のエピタキシーステップ後に行われる中間的な技術ステップ(エッチングや洗浄など)の後に実行されることを意味するものとして理解されたい。 Epitaxial regrowth should be understood as meaning that the second epitaxy step is performed after an intermediate technical step (such as etching or cleaning) performed after the first epitaxy step.
この第2のエピタキシーステップ中、第1のエピタキシーステップと同じ材料が成長されても、異なる材料が成長されてもよい。同様に、エピタキシャル再成長は、第1のステップと同じ技術を使用しても、異なる技術を使用してもよい。 During this second epitaxy step, the same material as the first epitaxy step may be grown or a different material may be grown. Similarly, epitaxial regrowth may use the same technique as the first step or a different technique.
例えば、表面層7aがMBEによって成長された後、MOCVDによって被覆層7bが成長されてもよい。
For example, the
層7bの材料は、窒素と、周期表のIII族からの少なくとも1つの元素とを含み、すなわち、層7aのものと同一であってもよい。
The material of
デバイスの表面の品質を高めるために、被覆層7bの材料の格子パラメータは、表面層7aの材料のものに十分に近く、例えば、格子パラメータの不一致は、1%未満であることが好ましい。
In order to improve the surface quality of the device, the lattice parameter of the material of the
これは、層7aおよび7bの格子パラメータ間の差が大きい場合、層7bがある一定の厚みを超えれば、層7bに欠陥および/または亀裂を形成してしまう危険性があるからである。
This is because when the difference between the lattice parameters of the
さらに、熱膨張係数の差による応力を回避するために、層7aおよび7bの材料のエピタキシーの温度はあまり異ならないものであることが好ましく、例えば、この温度差は、400℃未満である。
Furthermore, in order to avoid stresses due to differences in thermal expansion coefficients, the temperature of the epitaxy of the material of the
図3Cを参照すると、被覆層7bは、被覆層の表面全体にわたって一定の厚みを有するため、被覆層のプロファイルは、表面層7aのプロファイルおよび表面層7aが形成された1つまたは複数のトレンチのプロファイルに従う。被覆層7bの厚みは、1〜20nmの範囲である。
Referring to FIG. 3C, since the
エピタキシャル再成長は、エッチングプロセスによってダメージを受けた表面層7aの結晶格子を改善および修復する効果があり、これにより、被覆層7bとパッシベーション層との間の界面での漏れ電流が制限される。
Epitaxial regrowth has the effect of improving and repairing the crystal lattice of the
実際に、エッチングによってダメージを受けた表面が、2nm未満で分離された連続した原子ステップによって特徴付けられることが観察された。したがって、2つの隣接するステップの間には、幅が2nm未満のプラトーが規定され得る。 In fact, it has been observed that the surface damaged by etching is characterized by successive atomic steps separated by less than 2 nm. Thus, a plateau with a width of less than 2 nm can be defined between two adjacent steps.
一方で、このダメージを受けた表面上でのエピタキシャル成長により、少なくとも2nmだけ分離された原子ステップ、すなわち、2nmより大きな幅を有するプラトーを表面が含む被覆層が成長する。 On the other hand, the epitaxial growth on the damaged surface results in the growth of a coating layer whose surface contains atomic steps separated by at least 2 nm, ie a plateau having a width greater than 2 nm.
プラトーのサイズは、表層とパッシベーション層との間の界面での漏れ電流の存在に直接関係する。実際、プラトーが小さいほど、結晶欠陥、表面状態、および電子トラップの数は増大し、漏れ電流が形成される確率が高くなる。 The size of the plateau is directly related to the presence of leakage current at the interface between the surface layer and the passivation layer. In fact, the smaller the plateau, the greater the number of crystal defects, surface states, and electron traps, and the higher the probability that a leakage current will be formed.
このように、電子デバイスの表面で、デバイスの領域に応じて構造が異なる表層7が作られてきた。詳細に言えば、
Thus, the
表面層7aがエッチングされていない領域に、表層7は、表面層7aおよび被覆層7bの両方から形成され、この構成は、典型的に、オーム接触電極5とショットキー接触電極8との間に位置する領域に生じる。
In a region where the
表面層7aが厚みの一部をエッチングされた領域において、表層7は、残留表面層および被覆層7bから構成される。
In the region where the
最後に、表面層7Aが全厚みにわたってエッチングされた領域、または障壁層4、チャネル層3、または緩衝層2へとさらに深くエッチングされた領域において、表層7は、被覆層7bからのみ構成される。この状況は、典型的に、ショットキー接触のトレンチ(エッチング深さは、最大でも障壁の厚みの一部に限定される)か、またはデバイス間の分離トレンチ(エッチングは、分離緩衝層の表面または厚み内で停止する)に起こる。
Finally, in the region where the surface layer 7A is etched over the entire thickness, or in the region where the surface layer 7A is etched deeper into the
エピタキシャル再成長によって形成された被覆層7bは、表面層7aの材料と同じ材料で作られてもよいが、異なる材料がドープされてもよい。
The
したがって、デバイスは、ドープされていない表面層7aを有してもよいが、例えば、5×1017atoms/cm3〜5×1019atoms/cm3の範囲でドープされた被覆層7bを有してもよい。
Thus, the device may have an
使用されるドーパントは、典型的に、シリコンまたはゲルマニウムである。 The dopant used is typically silicon or germanium.
表面層7aはまた、0〜5×1017atoms/cm3の範囲で低濃度にドープされてもよく、これにより、電子トラップが好適に低減する。
The
実施形態の一例は、2×1015atoms/cm3の濃度でドープされた表面層7aと、5×1018atoms/cm3の濃度でより高濃度にドープされた被覆層7bとを備えてもよい。
An example embodiment comprises a
被覆層7bの形成後、ひいては、分離トレンチ10およびゲートリセス12を被覆するパッシベーション層9が堆積されることが好ましい。
After the formation of the
デバイスのある領域において、表層がないことが好ましい場合もあることに留意されたい。 Note that in certain areas of the device, it may be preferable to have no surface layer.
特に、表層の材料(GaN)よりもAlGaNで金属電極の合金を得ることが容易であるため、一般に、障壁層4上に直接、またはアルミニウムが豊富な障壁層の厚み内にオーム接触電極5を形成することが好ましく、これにより、非常に低い接触抵抗が求められるオーム接触が改善される。
In particular, it is easier to obtain a metal electrode alloy with AlGaN than the surface layer material (GaN), so that the
このため、被覆層7bおよびパッシベーション層9の形成後、障壁層4に達するまで、オーム接触5、少なくともパッシベーション層9、被覆層7b、および表面層7aの予定された位置でエッチングが実行される。
Therefore, after the formation of the
次に、図3Dを参照すると、オーム接触電極5は、障壁層4上または障壁層4の厚み内に堆積され、ショットキー接触電極8は、MISトランジスタの場合、パッシベーション層9上に堆積される。HEMTトランジスタの場合、ショットキー接触電極8は、被覆層7bと直接接触させて堆積され、その後、パッシベーション層が堆積される。
Referring now to FIG. 3D, the
以上のことから、エッチングプロセスに関連する漏れ電流が制限されるため、上述した電子デバイスは、現在の技術のデバイスより高い性能を与えられる。 From the above, the leakage current associated with the etching process is limited, so that the electronic devices described above are given higher performance than current state of the art devices.
しかしながら、エッチングプロセスに関連する表面欠陥は、漏れ電流の唯一の原因ではないことに留意されたい。漏れ電流の一部は固有のものであり、言い換えれば、材料の性質に依存する。エッチング以外の原因による漏れ電流がデバイス内に存在し続けることがあり得る。 However, it should be noted that surface defects associated with the etching process are not the only cause of leakage current. Some of the leakage current is unique, in other words, it depends on the nature of the material. Leakage current due to causes other than etching may continue to exist in the device.
本発明は、好適には、ショットキー接触電極およびオーム接触電極、または(ドレインおよびソースとして既知の)2つのオーム接触電極および(ゲートとして既知の)ショットキー接触電極を含むHEMTまたはMIS電界効果トランジスタを含む整流器に適用される。 The present invention preferably comprises a HEMT or MIS field effect transistor comprising a Schottky contact electrode and an ohmic contact electrode, or two ohmic contact electrodes (known as drain and source) and a Schottky contact electrode (known as gate). Applies to rectifiers including
Claims (11)
電子ガスを含むように構成された層(2、3)と、
障壁層(4)と、
表面層(7a)と、
をエピタキシャル成長させるステップと、
前記表面層(7a)の少なくとも一部へのエッチングステップと、を含む、III族/N材料で作られた電子デバイスを作製するプロセスであって、
前記エッチングステップ後、前記エッチングされた表面層(7a)上に被覆層(7b)を成長させるために、エピタキシャル再成長が実行され、前記表面層(7a)の材料および前記被覆層(7b)の材料が、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含むことを特徴とする、プロセス。 On the support layer (1), the following successive layers:
Layers (2, 3) configured to contain an electron gas;
A barrier layer (4);
A surface layer (7a);
Epitaxially growing, and
Etching to at least a portion of the surface layer (7a), and a process for making an electronic device made of a Group III / N material,
After the etching step, an epitaxial regrowth is performed to grow a coating layer (7b) on the etched surface layer (7a), the material of the surface layer (7a) and the coating layer (7b) A process, characterized in that the material comprises at least one group III element and nitrogen.
前記トレンチ(12)にショットキー接触電極(8)を形成するステップと、
パッシベーション層(9)を形成するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項5に記載のプロセス。 After the formation of the coating layer (7b), the following steps:
Forming a Schottky contact electrode (8) in the trench (12);
Forming a passivation layer (9);
The process of claim 5, comprising:
基板層(1)と、
電子ガスを含むように構成された層(2、3)と、
障壁層(4)と、
少なくとも1つのトレンチ(10、12)を含む、前記障壁層(4)の表面の少なくとも一部にわたった表面層(7a)と、
を備える、III族/N材料で作られた電子デバイスであって、前記表面層(7a)および1つまたは複数の前記トレンチが、幅が2nmより大きなプラトーによって分離された原子ステップを示す表面を有する被覆層(7b)によって被覆され、前記表面層(7a)の材料および前記被覆層(7b)の材料が、少なくとも1つのIII族元素および窒素を含むことを特徴とする、電子デバイス。 Continuously from the base of the electronic device to the surface,
A substrate layer (1);
Layers (2, 3) configured to contain an electron gas;
A barrier layer (4);
A surface layer (7a) over at least part of the surface of the barrier layer (4), comprising at least one trench (10, 12);
An electronic device made of a Group III / N material, wherein the surface layer (7a) and one or more of the trenches exhibit a surface exhibiting atomic steps separated by a plateau having a width greater than 2 nm. An electronic device covered with a covering layer (7b) having the material of the surface layer (7a) and the material of the covering layer (7b) containing at least one group III element and nitrogen.
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